hidrogênio - combustível do futuro

1. Aula Aberta 1O prazer de ensinar cincias No existe um modelo perfeito de eleio. Conceitos estatsticos apontam o mais justo A magia por trs das bolhas do champanhe tem nome: dixido de carbono fsica Por que o vrus da nova gripe gerou uma pandemia Por que o vrus Biologia A magia por trs das qumica No existe um modelo matemtica Como o motor a hidrognio pode garantirComo o motor a hidrognio pode garantir um futuro limPo ano i - no 1 - 2009 - R$ 6,90

2. aula aberta SCIENTIFICAMERICANBRASIL Editor:MarceloAlencar colAborAdor: Srgio Quadros diretor Editorial / Editora Moderna dirEtor-GErAl:Edimilson cardial dirEtorA do GrUPo coNHEciMENto:Ana claudia Ferrari REDAO ([email protected]) Editor:Ulisses capozzoli Editor ExEcUtivo:Paulo Eduardo Nogueira EditorA-ASSiStENtE:Aracy Mendes da costa EditorA dEArtE:Simone oliveiravieira ASSiStENtES dEArtE:Juliana Freitas,Ana Salles e Flavia couto PESQUiSA icoNoGrFicA:Silvia Nastari (editora),Gabriela Farcetta(pesquisadora) e lorenatravassos (assistente) ASSiStENtES dE rEdAo:Elena regina Pucinelli rEviSo:Ana Fiori ProdUo GrFicA:Moyss de Jesus trAtAMENto dE iMAGEM:carinavieira e cintia Zardo Scientific AmericAn BrASil uma publicao da Ediouro duetto Editorial ltda.,sob licena de ScientificAmerican,inc. rua cunha Gago,412 cj.33 Pinheiros So Paulo SP cEP:05421-001 tel.(11) 2713-8150 Fax (11) 2713-8197 coMit ExEcUtivo Jorge carneiro,luiz Fernando Pedroso,lulavieira e Edimilson cardial PUBLICIDADE E PROJETOS ESPECIAIS [email protected] SUPErviSor:Almir lopes ExEcUtivoS dE coNtAS:Ftima lemos eWalter Pinheiro REPRESEnTAnTES COmERCIAIS bahia/Sergipe (71) 9134-9547;braslia (61) 8407-0499; cear/Maranho (85) 9983-3472;Esprito Santo (27) 9981-5580;Mato Grosso/Gois (65) 9235-7446; Minas Gerais;(31) 8885-7100;Paran (41) 9943-8009; Pernambuco/Alagoas;(81) 9971-6875;rio Grande do Norte (84) 9104-3714;rio Grande do Sul (51) 9985-5564; Santa catarina (48) 9989-3346 mARKETInG dirEtor:lulavieira GErENtE:ritateixeira ASSiStENtE:Juliana Mendes OPERAES dirEtorA:Ana carolinatrannim COnTROLADORIA E FInAnAS GErENtE:Miriam cordeiro CIRCULAO ASSiNAtUrAS E NovoS cANAiS GErENtE:Jary camargo SUPErviSo :Antonio carlos deAbreu (vendas pessoais) e vivianetocegui (central de relacionamento) ASSiStENtE dE NovoS cANAiS:Fernanda ciccarelli bANcAS EvENdASAvUlSAS GErENtE:carla lemes nCLEO mULTImDIA GErENtE:Mariana Monn rEdAtorA do SitE:Fernanda Figueiredo WEb dESiGNEr:rafael Gushiken ProGrAMAdor:cleber oliveira CEnTRAL DEATEnDImEnTO [email protected] brASil:tel.(11) 3038-6300 e Fax (11) 3038-1415 NovASASSiNAtUrAS:[email protected] EdiESAvUlSAS E ESPEciAiS:queroassinar@duettoedito- rial.com.br e www.lojaduetto.com.br AulaAberta iSSN 2176-1639.distribuio com exclusivi- dade para todo o brASil:diNAP S.A.rua doutor Kenkiti Shimomoto,1678.Nmeros atrasados e edies especiais podem ser adquiridos atravs da loja duetto ou pela central de atendimento duetto (11) 3038-6300 ao preo da ltima edio acrescido dos custos de postagem,mediante disponibilidade de nossos estoques. iMPrESSo:Ediouro Grfica dirEtor rESPoNSvEl:Edimilson cardial www.sciam.com.br Brasil Cavalos esfricos, entre outros bichos Seusalunossodaquelesquecomporiambaladasourapscomttulosnadasutis,dotipoodeio Matemtica, No Suporto Fsica, No Quero Nem Saber de Qumica ou coisa do gnero? convenhamos, professor, essas disciplinas nem sempre sensibilizam os adolescentes. Es- pecialmente quando as lies so introduzidas assim:considere um cavalo esfrico e pros- seguem com um discurso que parece de outro mundo. os estudantes esto interessados em assuntos que faam sentido,expliquem coisas do cotidiano e ampliem seu horizonte de forma criativa e intrigante, at porque cavalos esfricos, por exemplo, no passam de uma expresso sem p nem cabea. Em vez de usar essas abordagens repetitivas, considere outra possibilidade como levar em conta a fonte de energia que faz com que os olhos se movimentem para acompanhar este texto. de onde vem tal energia? A pergunta pode parecer apenas provocativa, num primeiro momento. Mas se voc levar os estudantes a pensar apenas alguns segundos, eles se daro conta de que no assim. En- to consideraro que essa energia vem, entre outras coisas, do caf da manh que tomaram logo depois de acordar: leite, caf, po, geleia etc. Mas qual a origem desses alimentos? EditoriAl SUMrio 24 FSicA Umfuturolimpo Por lawrence d. burns, J. byron Mccormick e christopher E. borroni-bird www.sciam.com.br Aula Aberta 1 Mostreaosestudantesdequemodoodesenvolvimentoea produoemmassadeveculosmovidosaclulasdecombustvel dehidrogniopodereduzirdrasticamenteaemissodegases poluentesnaatmosfera 3. aula aberta SCIENTIFIC AMERICAN [email protected] O leite vem da vaca que se alimentou de capim, apenas para considerarmos um caso. E s foi possvel o capim crescer por causa da fotossntese (alm da gua e outros nutrientes naturais, evidentemente). E a fotossntese? Bem, ela s possvel porque o Sol libera uma enorme quantidade de energia, a fonte que sustenta praticamente todas as formas de vida na Terra. E de onde o Sol retira essa energia? A usina de fora do Sol a fuso nuclear, basicamente a transformao de hidrognio em hlio que se d no enorme reator loca- lizado no corao dessa estrela. Ali, quatro tomos de hidrognio se combinam para sintetizar um nico tomo de hlio, elemento mais pesado, como dizem os fsicos. E como quatro tomos de hidrognio tm mais massa que um nico tomo de hlio, a Natu- reza libera esse excesso de massa sob a forma de energia (a turma se lembra da equao de Einstein, E=mc2 )? Ento, energia equivale massa multiplicada pela velocidade da luz ao quadrado, uma ideia bastante interessante, entre outras razes, porque significa que massa e energia so a mesmssima coisa, apenas disponveis em estados diferentes. Mas o que alimenta a fuso nuclear no corao quente do Sol? Quem faz isso a gravidade e sua poderosa contrao. E a gravidade? Bem, ela uma das quatro foras bsicas da Natureza e se ma- nifestou com o Big Bang,a exploso que deu origem ao Universo,de acordo com a teoria de mesmo nome. Isso significa que o movimento dos olhos de cada aluno uma energia que nasceu com o Universo. Como voc j os fez perceber, todas as descobertas podem ocorrer de maneira distinta daquela convencional, entediante. E exatamente essa a proposta da publicao que est em suas mos: literalmente, uma nova maneira de ensinar, pela explorao das coisas aparentemente banais. AulaAberta o resultado de uma parceria inovadora entre as edi- toras Duetto e Moderna,e apresenta textos extrados da revista Scienti- fic American Brasil criteriosamente selecionados por autores de livros didticoseeducadoresderenomeparaseremtrabalhadosnaescola. Quatro desses artigos vm acompanhados de hipertextos explicativos para facilitar a compreenso dos estudantes e de pla- nos de aula para voc aplicar em classe. Ento, esquea a ideia de cavalos esfricos. Ou reconsidere essa noo e veja como voc pode levar a turma bem mais longe. Mesmo montando um cavalo esfrico. Ulisses Capozzoli, editor Scientific American Brasil Aula Aberta 2009 Nmero 1 6 Notas 12 Fsica Transformaes da energia 14 Entrevista Miguel Nicolelis 20 Astronomia Planisfrios e anurios abrem as portas do cu 36 Qumica O segredo das bolhas do champanhe 44 Biologia Influenza 52 Matemtica O voto certo 62 Ensaio Manipuladores cerebrais 66 Fronteiras Mediao e cincia Curiosidades sobre combinao de alimentos, cncer em animais, origem do homem, gravidade, rbitas bizarras, extino na Era do Gelo e o voo dos beija-flores Capa: concepo Simone Oliveira; Zhang Bo/iStockhoto (carros); Alex Nikada/ iStockphoto (paisagem) 4. aula aberta SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL notasnotasnotanotasnotasnota O AMARGOR do caf pode ser camuflado com leite, creme ou acar Combinao de alimentos pode ser desastrosa Entre os cinco sabores, o salgado, o doce e o umami (gosto de carne) so apetitosos, despertando nosso paladar para os nutrientes essenciais, enquanto o amargo e o azedo so aversivos, alertando sobre substncias poten- cialmente perigosas sade. Segundo Tim Jacob, professor de biocincias da Cardiff University, no Pas de Gales, misturar sabores que provocam averso e apetncia significa enviar informao conflitante ao crebro. Os sentidos tentam evitar o conflito enquanto enviam ao crebro informao til para preservar a vida. esse sinal misturado que nos faz rejeitar alimentos deteriorados. Voc no quer comer uma mistura de bom e ruim, quer? Talvez essa divergncia de paladar tenha dado origem frase adoando a plula, pois plulas so remdios e, em grandes quantidades, podem se tornar venenosas. Por isso as plulas so amar- gas, mas podem se tornar mais palatveis se co- bertas com uma camada adocicada. Da mesma forma, o sabor do caf pode ser melhorado para pessoas sensveis ao amargo camuflando-se seu sabor forte com leite, creme ou acar. Quando nos tornamos adultos aprendemos a desprezar esses avisos do crebro e passamos a gostar de caf, alho e queijos fortes. Mas voc pode confundir seu paladar misturando um sabor anteriormente aversivo com um apetitoso. Tenha cuidado com algumas misturas como pi- cles e chocolate. No entanto, s vezes possvel tirar proveito dessa confuso mental: o doce e o azedo, por exemplo, combinam-se muito bem na culinria chinesa. paladar Alguns sabores, que separadamente so deliciosos, quando degustados juntos se tornam insuportveis Cncer ameaa vida selvagem Uma equipe da Sociedade para a Conservao daVida Selvagem sugeriu que alm das preo- cupaes mais comuns relacionadas aos animais silvestres, como a perda do habitat, tambm se deve considerar o risco de desenvolvimento de cncer.Muita gente provavelmente no percebe a semelhana entre os animais e as pessoas e, portanto, no v que eles tambm esto sujeitos aos mesmos processos,explica Denise McAloose, patologista-chefe da Sociedade e principal autora do artigo publicado em 24 de junho na Nature Reviews Cancer. Temos muito a aprender sobre as doenas que acometem os animais silvestres, seu impacto sobre as populaes e como tudo isso se conecta com a sade das pessoas e de todo o planeta. Algumas espcies esto especialmente ame- aadas. O demnio-da-tasmnia, por exemplo, sofre de um tumor facial contagioso que vem se espalhando rapidamente e que coloca em risco de extino o maior marsupial carnvoro do mundo.A espcie tem umimpacto muito significativo sobre as populaes e o ecossistema em geral, relata a patologista.Se for extinta,no sabemos o que perigo com que frequncia essa doena atinge os animais silvestres? No se sabe ao certo, mas as evidncias vm aumentando voc sabia? O diamante humano uma forma de homenagear e eternizar os mortos. Em sua fabricao, as cinzas humanas so submetidas a um processo qumico para separar o carbono das outras substncias. Posteriormente, o carbono purificado e submetido a altssima presso e temperatura para acelerar sua transformao em diamante, etapa que a Natureza leva milhes de anos para realizar. ivaskes/shutterstock 5. aula aberta SCIENTIFIC AMERICAN BRASILasnotasnotasnoasnotasnotasno ewanchesser/shutterstock(esq.),divulgao(dir.) acontecer depois. Pode haver uma superpopu- lao de roedores. Os conservacionistas esto tentando salvar o animal por meio de reproduo em cativeiro. Embora essa doena do demnio-da-tasmnia no esteja relacionada atividade humana, outros cnceres que atingem a vida selvagem podem estar. As toxinas no ambiente podem Origem africana do homem determinada com preciso Pesquisadores de 11 pases colaboraram no estudo de mais de 4 milhes de gentipos, cujo resultado foi publicado em 30 de abril na verso on-line da revista Science.Ao analisar se- quncias genticas de 121 populaes africanas, 60 populaes no africanas e quatro populaes afro-americanas,foi possvel retroceder na ancestralidade africana a at 14 agrupamentos. Charles Darwin foi o primeiro a propor a origem africana dos humanos, no seu livro The Descent of Man, de 1871. Atualmente completamente aceita a idia de que os humanos modernos passaram metade de seus 200 mil anos de existncia na frica, tornando essa regio de especial interesse para geneticistas, linguistas e antroplogos. O estudo confirma a hiptese dominante de que o continente ainda o local de maior diversidade gentica. Atualmente a frica tem mais de 2 mil grupos etnolingusticos e os pesquisadores conseguiram gentica pesquisa afirma que os humanos surgiram numa localidade perto da fronteira entre as atuais frica do Sul e Nambia O DEMNIO-DA-TASMNIA sofre de um tumor facial contagioso que vem se espalhando rapidamente e pode levar o marsupial extino causar cncer tambm nos animais selvagens, no somente em humanos, observa Denise, apontando para a alta prevalncia da doena, detectada por sua equipe, em tartarugas ma- rinhas e baleias beluga que nadam em guas poludas. A patologista observa que, embora os vrus possam ser a causa final, o ambiente provavelmente est promovendo ou contribuindo para a ocorrncia desses tumores. Uma melhora no moni- toramento da vida selvagem pode ajudar os humanos.Os animais agem como sentinelas,comenta.Eles nos do pistas de que alguma coisa pode estar afetando o ambiente. E, assim, poderamos tomar medidas mitigadoras para melhorar a sade tanto dos animais quanto das pessoas. Por Lynne Peeples CHARLES DARWIN foi o primeiro a propor a origem africana dos humanos no livro The Descent of Man, de 1871 6. aula aberta SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL notasnotasnotasnotasnotasnotasnotasnnotasnotasnotasnotasnotasnotasnotasn detectar sua movimentao dentro e fora do continente, ao combinar padres lingusticos e genticos. Entre outras descobertas, est a ancestralidade comum entre pigmeus e grupos de lngua khoisan (que usam estalidos para se comunicar), e uma ruptura mdia na herana gentica de afro-americanos, nas populaes estudadas (cerca de 71% de africanos do oeste subsaariano, 13% de europeus e 8% de outros grupos africanos).Com um mapa mais detalhado dos genes, os pesquisadores esperam compreen- der melhor aspectos da sade e de doenas em muitas dessas populaes. Ns nos concentramos em pesquisas que beneficiem os africanos, observa Sarah Tishkoff, principal autora do estudo e geneticista da Escola de Medicina da University of Pennsylvania. Ela acrescenta que trabalhos futuros incluiro estu- dos de fatores ambientais e de fatores genticos de risco, em relao a enfermidades e respostas a medicamentos. Por katherine harmon Metal gravado a laser permite lquido fluir contra a gravidade Pesquisadores produziram um fluxo ascendente de lquido o que contraria o efeito da gravidade aproveitando o efeito de capilaridade de minsculos canais entalhados com laser de alta intensidade, em uma de placa metlica. Mesmo quando a placa est na vertical, o lquido sobe atravs dos canais com uma velocidade que sur- preendeu os pesquisadores. Esse transporte passivo de fluidos pode ser til, por exemplo, no campo da microfludica, para conduzir o fluxo de pequenas quantidades de lquido em aplicaes de sondagem ou nos laboratrios em chip. Em artigo publicado no comeo de junho na Applied Physics Letters, Anatoliy Vorobyev e Chunlei Guo, do Instituto de ptica da University ptica J possvel fazer o lcool de madeira se deslocar em sentido ascendente e a velocidades surpreendentes Chunley Guo diante de um laser de femtos- segundo voc sabia? As formigas tm perfeita conscincia de obrigaes e afazeres, sendo um deles o transporte de companheiras mortas para fora da colnia antes que os corpos sem vida infectem o local com seus patgenos. Mas como as formigas responsveis por essa tarefa conseguem identificar os cadveres? que, enquanto esto vivas, as formigas produzem substncias qumicas que indicam seus sinais vitais e, ao morrerem, perdem rapidamente essas substncias. Em outras palavras, as mortas so notadas pela ausncia de sinais de vida uma espcie de pulsao qumica no mais sentida. universityofrochester/richardbaker 7. aula aberta SCIENTIFIC AMERICAN BRASILnotasnotasnotasnotasnotasnotasnotasnotasnotasnotasnotasnotasnotasnotas of Rochester, descrevem o uso de pulsos laser de femtossegundoparaentalharmicrocanaisparalelos em placas de platina. Cada descarga laser extremamente rpida os intervalos so de cerca de 65 femtossegundos a cada segundo, o que equivale aproximadamente aos segundos contidos em meio milho de anos. Os pesquisadores descobriram que a ao capilar e a evaporao permitiram que o metanol lquido,tambm conhecido como lcool de madeira, flusse atravs dos canais, em alta velocidade, 1 cm por segundo quando a placa estava na vertical,e mais rpido ainda em placas horizontais ou inclinadas. Em uma montagem parte, Vorobyev e Guo trataram com laser um pedao de folha de platina na forma deJ,e depois imergiram a parte mais longa doJem um recipiente contendo metanol.Dez minutos depois, uma grande gota de metanol tinha se formado na parte inferior doJ,uns 10 mm acima da superfcie do lquido. Por john matson Planeta estranho orbita estrela ao contrrio Na procura por planetas extrassolares, a Busca de Planetas em Grandes reas (WASP,na sigla em ingls), do Reino Unido, encontrou um mundo bizarro, que orbita uma estrela no sentido oposto. Esse um dos planetas mais estranhos que j encontramos, observa Sara Seager, astrofsica do Massachusetts Institute ofTechnology (MIT). Quando estrelas comeam a girar, geralmente atraem resduos de matria das proximidades, que adquirem a mesma direo orbital. Com todo o sistema estelar rodopiando no mesmo sentido, , necessria alguma coisa muito forte para fazer um planeta seguir na direo oposta, avalia Coel Hellier, astrofsico da Keele University, no Reino Unido. De fato, o exoplaneta recm-descoberto batizado de WASP-17b provavelmente sofreu um grande impacto gravitacional de outro objeto bem maior para adquirir uma rbita retrgrada. Se houver um evento de quase coliso, ento a interao poder produzir um violento empurro gravitacional, comenta Hellier. Esseoprimeiroplanetaconhecidoaapresentar umarbitatoinesperada,emboraalgumasluasde outros planetas do Sistema Solar percorram rbitas no sentido inverso, em torno dos planetas. Hellier e seu grupo tambm calcularam o tamanho do planeta gasoso.A baixa densidade encontrada pode ser explicada ou por uma quase coliso, astronomia Somente um evento csmico muito violento poderia fazer um planeta de um sistema estelar girar no sentido inverso Concepo artstica de uma super-Terra orbitando Gliese 581 devido aproximao de outro objeto grande, ou pela longa rbita elptica do planeta, que permite que se aproxime muito de sua estrela massiva. Para mim, esse fato extremamente interessante, avalia Seager, que no estava envolvido na descoberta. fascinante poder estudar rbitas de planetas to distantes.Esse gigante gasoso est a cerca de mil anos-luz de distncia. Por katherine harmon eso/europeansouthernobservatory 8. aula aberta10 SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL notasnotasnotasnotasnotasnotasnotasnnotasnotasnotasnotasnotasnotasnotasn Sedimentos geram discusso sobre extino em massa na Era do Gelo Depois de esquadrinhar camadas de antigos sedimentos, a paleoecloga Jacquelyn Gill, da University of Wisconsin-Madison, observa que seu grupo no encontrou sinais que apoiem a contro- vertida teoria segundo a qual um cometa provocou a extino em massa da Era do Gelo. Nohevidnciasfsicassugerindoquehouve umimpacto,informouGillnofinaldejulho,durante a reunio da Sociedade EcolgicaAmericana.E se houveumimpacto...noestoocorrendoosefeitos ecolgicos anteriormente sugeridos. Em 2007, Richard Firestone e seus colegas no Laboratrio Nacional Lawrence Berkeley sugeriram que um cometa explodiu na atmosfera h 12.900 anos,pertodosGrandesLagos,eprovocouenormes incndios na Amrica do Norte. Esses incndios podemterlevadoaorpidodesaparecimentodacul- turaClvisdocontinente,bemcomodamegafauna, incluindo mamutes,preguias-gigantes e outros 33 gneros de grandes mamferos. Mas os cticos apontam o fato de que nenhuma cratera associada ao impacto foi encontrada; paleoecologia Pesquisadores acreditam que a caa excessiva do povo Clvis, e no um impacto catastrfico, podeter dizimado mamutes e outrosanimais de grande porte alm disso, as evidncias de incndios florestais continentaisedeumrpidodeclniodepopulaes humanas so grosseiras.Se esse evento tivesse re- almente ocorrido,pequenos mamferos e pssaros teriam sobrevivido. Gill e seu grupo decidiram procurar pistas da queda de um cometa no em terra, mas em trs lagos em Indiana e Ohio, onde plen e minerais se assentamdiariamente,criandoumregistroecolgico com milnios de idade. Ela examinou amostras do fundo dos lagos procurando evidncias de cinzas, carvovegetal,grosmagnticos,pequenasesferas de silicato e elementos como titnio e cromo, que poderiam ser associados a impactos. Aequipenoencontraumsinalconsistenteque indicasseaocorrnciadeumascatstrofehapro- ximadamente12.900anos.Emumdoslagosoteor de titnio decresceu ao mesmo tempo em que o de carvo mineral aumentou. Ela tambm questionou a ideia de que os animais morreram exatamente no momento do suposto choque. EsporosdefungoschamadosSporormiella,asso- ciadossfezesdegrandesmamferos,comearama diminuir h 14.600 anos,logo aps o fim da ltima Era do Gelo.Os esporos desapareceram do registro de um dos lagos h 13.600 anos e ressurgiram apenas nos ltimos sculos, com o incremento da criao de gado em pastos. Simultaneamente, o plen das plantas que serviam de alimento para a megafauna (cinzas,pau-ferro e btulas) comeou a se acumular, sugerindo que o crescimento dessas plantas no estava mais sendo ameaado pelos grandes mamferos, comedores de folhas. SegundoGill,grandesmamferosqueviveramde 12.900 a 13.600 anos atrs provavelmente foram os ltimos sobreviventes, enquanto o povo Clvis dizimava espcies com suas lanas peculiares. Mas Firestone no se deixou influenciar pelo novoestudo,que,emsuaspalavras,noacrescenta nada ao assunto. Por brendan borrell NO H SINAIS de que um cometa tenha provocado o sumio dos mamutes voc sabia? Muitos cientistas acreditam que, em uma conversa, os gestos podem ajudar os interlocutores e que os movimentos das mos nos ajudam a pensar. Pesquisadores se interessam cada vez mais pela relao corpo-pensamento, ou como nosso corpo d forma a processos mentais abstratos. Os gestos esto no centro dessa questo. O debate se concentra no papel do movimento na aprendizagem. murraylundberg/shutterstock 9. aula aberta SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL 11 notasnotasnotasnotasnotasnotasnotasnotasnotasnotasnotasnotasnotasnotas Beija-flores superam desempenho de pilotos de avies-caa Beija-flores se destacam por seu poder de sustentao no ar, o que lhes permite ficar quase imveis diante de flores e se banquetear com seu nctar.No entanto,como essas criaturas conseguem se manter suspensas uma questo que intriga os pesquisadores h anos. Investigaes anteriores do voo de colibris suge- riam que eles poderiam utilizar mecanismos iguais aos dos insetos, que muitas vezes tambm pairam e mergulham no ar. Por ser uma ave, o beija-flor contacomaestruturafsicaetodasascapacidadese limitaesprpriasdasaves.Elenouminseto,por isso no voa exatamente como um deles,esclarece DouglasWarrick,da Oregon State University. Para desvendar os segredos do voo dos beija-flores, Warrick e seus colegas aplicaram uma tcnica chamada velocimetria por imagem digital de partculas (DPIV, na sigla em ingls), normalmente utilizadaporengenheiros.ADPIVempregapartculas microscpicas de leo, suficientemente leves para oscilar quando submetidas s mais sutis variaes do ar. Enquanto um raio laser pulsante ilumina as gotculas por breves perodos, uma cmera grava o movimento.Com base nas imagens obtidas,os cientistas determinam com preciso como os beija-flores agitam o ar com suas asas. Os resultados indicam que 25% de sua capacidade de sustentao resulta do movimento ascendente das asas; os outros 75% provm das batidas descendentes.No caso dos insetos,esta proporo mais equilibrada:cada movimento gera exatos 50% da fora de flutuao. Em outros tipos de aves, a sustentao mantida somente pelos movimentos descendentesdasasas.Obeija-florassumiuocorpo e a maioria das limitaes de uma ave, adaptou-as ao seu estilo e aproveitou alguns truques aerodin- micosdosinsetosparaconquistarsuacapacidadede sustentao,comentaWarrick. Para atrair a ateno das fmeas, os machos da espcie Anna (Calypte anna) mergulham a velocidades incrveis de 385 comprimentos de corpo por velocimetria Famosasporpairarnoar,essasminsculasavesmergulhamavelocidadesincrveisde 385 comprimentos de corpo por segundo e realizam manobras radicais devoo segundo e realizam vrias manobras radicais de voo ,relata um novo estudo,publicado pela revista britnica Proceedings of the Royal Society B. Oautordoestudo,ChristopherClark,doutorando doLaboratriodeVooAnimaldaUniversityofCalifor- nia, em Berkeley, registrou o mergulho galanteador das aves. Para isso, ele utilizou cmeras de vdeo de alta velocidade e constatou que o movimento das aves lembra a forma de umJinclinado. Depois de imprimir uma velocidade de at 273 metros por segundo, a minscula ave estende suas asasesubitamentearremeteparacimaumamano- braqueasubmeteanovevezesovalordeacelerao dagravidade(g).Paraquesetenhaumanoodessa fora,valedestacarquepilotosdeaviesdecaaem geral desmaiam a velocidades em torno de 7 g. A acelerao mxima do beija-flor supera qualquer outramanobraarea(voluntria)registradaem vertebrados,observaClark,esuavelocidadetambm bate o recorde dos vertebrados relativamente ao seu tamanho, incluindo o impressionante mergulho de alta altitude das andorinhas, que de 350 compri- mentosdecorpoporsegundo.Tudoissoemumaave quemedede9a10cmdecomprimentoesealimenta apenas de nctar. Por katherine harmon voc sabia Um micrbio roxo, denominado Herminiimonas glaciei, estava preso sob quase 3 quilmetros de gelo na Groenlndia. Foram necessrios 11 meses para reanim-lo por meio de um vagaroso processo de aquecimento em uma incubadora. O inseto finalmente tornou a viver e iniciou a produo de novas colnias com bactrias marrom-arroxeadas. Pesquisadores espaciais esto entusiasmados com o achado, pois ele sugere que criaturas aliengenas podem ser reanimadas em mundos congelados especialmente em Marte. O mais novo inseto da Terra foi descoberto pela biloga Jennifer Loveland-Curtze e por cientistas da Pennsylvania State University. mariannevenegoni/shutterstock 10. aula aberta12 SCIENTIFICAMERICANBRASIL A primeira lei da termodinmica diz que a energia no pode ser criada nem destruda, apenas transformada Transformaes daTransformaes da energia fsica Por Ulisses Capozzoli T alvez nem todos se deem conta, mas o movimento de seus msculos oculares na leitura deste texto demanda uma determinada quantidade de energia. Da mesma forma que a energia de uma lmpada eltrica, que possivelmente ilumina uma sala para a leitura, provm de uma hidreltrica, uma termeltrica, ou mesmo de uma usina nuclear ou de fontes alternativas. Mas e a energia que abastece os msculos oculares, de onde vem? a resposta usual certamente que foi fornecida pelos alimentos que ingerimos: um fil de peixe, uma fatia de po, uma salada ou uma fruta. Mas o fil de peixe, a fatia de po, a salada ou a fruta s foram possveis a partir de uma fonte de energia,neste caso,o sol.a fotossntese,que permite o desenvolvimento dos vegetais,tira partido da fonte mais antiga e poderosa disponvel,a energia solar.Tendo como fonte de energia o sol,as plantas se desenvolvem e, muitas delas, produzem frutos que nutrem animais, como boa parte dos peixes, por exemplo. isso significa dizer que, ao longo de um processo complexo, e de certa maneira surpreendente, a energia que abastece os msculos que deslocam os olhos do leitor veio do corao do sol, a 150 milhes de quilmetros de distncia,a partir de uma reao de fuso nuclear expressa pela conhecida equao de albert Einstein: E=mc2 . Essa equao indica que energia equivale massa pelo produto da velocidade da luz ao quadrado e tem duas implicaes imediatas: a primeira delas que massa e energia so a mesma coisa, ainda que possam parecer distintas.a segunda sugere que enorme a quantidade de energia estocada sob a forma de massa. KushchDmitry/shutterstocK 11. aula aberta SCIENTIFICAMERICANBRASIL 13 Ulisses Capozzoli editor-chefe de Scientific AmericAn BrASil No caso do sol,E=mc2 demonstra que o excesso de massa para a sntese do hlio,no corao solar, eliminadosobaformadeenergia.Osoltransforma,a cada segundo,aproximadamente 600 mil toneladas de hidrognio, o elemento mais simples e abundan- te do Universo, em hlio, elemento mais pesado, na terminologia dos fsicos. Em linguagem simples e direta, essa sntese ocorre quando quatro tomos de hidrognio se combinam, sob enorme presso gravitacional, para formar um nico tomo de hlio. Mas, como quatro tijolos de hidrognio tm mais massa que um nico tijolo de hlio, a sobra de massa eliminada sob a forma de energia. Essa a usina de fora do sol, processo que demandou uma enorme quantidade de trabalho ao longo de sculos, antes de ser devidamente compreendido, no final dos anos 30, pelos fsicos alemes Hans albrecht Bethe (1906-2005) e carl friedrich vonWeizcker (1912-2007). Mas o que leva tomos de hidrognio fuso para sintetizar hlio e liberar energia? O processo por trs dessa reao a enorme presso gravitacional do sol. E a gravidade,de onde vem? a gravidade uma das quatro foras bsicas da Natureza e emergiu com o Big Bang,a exploso que criouoUniverso,segundoateoriaconhecidaporesse nome. Ou que apenas recriou o Universo, de acordo com a teoria do Universo Oscilante. De acordo com essa concepo, o Big Bang no a exploso pri- mordial, mas apenas a mais recente das exploses que ocorreram num universo que se distenderia e contrairia ao longo do tempo e seria eterno. assim, na realidade, a energia do simples movi- mentodosmsculosocularesdoleitorparaacompa- nhar estas palavras recua criao ou recriao do Universo. E isso significa, como prev a primeira lei datermodinmica,ouleidaconservaodaenergia, que a energia no pode ser criada nem destruda, mas apenas transformada. Outra concluso possvel que a energia que abastece a lmpada que ilumina um espao para a leitura deste texto, ou alimenta os msculos oculares do leitor, tem a mesma fonte,o Big Bang,como todas as demais formas de energia. Mesmo a nuclear,porque tomos como o urnio,que permitem a fisso no interior das usinas em uso, resultam da sntese dos elementos no interior de estrelas de grande massa que, ao final de sua vida, explodem sob a forma de supernovas e liberam elementos pesados para a construo de outros sis, planetas e formas de vida. Em princpio, tudo depende de uma estrela. De estrelas extintas, que teceram os elementos que agora compem o sol, e do prprio sol, que explode como uma gigantesca bomba de hidrognio h 5 bilhes de anos. E continuar assim por outros 5 bilhes, antes de se exaurir e, um dia no futuro, restringir-se a um ncleo escuro e gelado vagando pelo corpo da Galxia. Mas o que energia? Qual o significado dessa palavra curta que, de uma forma especfica, sempre esteve na base da civilizao, ainda que, no passa- do remoto, isso se tenha restringido a um pequeno grupo de humanos sentados em volta do fogo, pro- tegendo-se do frio, do ataque de animais selvagens e da pesada escurido da noite? Energia, numa interpretao da fsica, aquilo que permite a realizao de trabalho. , em termos gerais,uma definio desapontadoramente frustran- teparaquemesperaporqualificaesclaras,simples e diretas para as coisas do mundo. Mas, ainda assim, no se pode negar que h uma beleza quase tangvel na ideia de que a energia no pode ser criada nem destruda, mas apenas transformada. assim,pormaisqueadministradoresdesistemas comohidreltricasserefiramageraodeenergia, na realidade o que ocorre nessas unidades a transformao da energia mecnica (cintica + potencial) das guas em energia eltrica.a mesma coisa acontece com as ondas do mar e os ventos, ambos resultado da radiao do sol. Ou mesmo com a energia das mars,consequncia de interaes gravitacionais entre aTerra,o sol e principalmente a Lua. Humfascinantejogodeespelhosnofenmeno natural que identificamos por energia e a investiga- o disso por uma rea da cincia,a termodinmica, ou o estudo do calor e de outras formas de energia. a termodinmica tomou forma basicamente no sculo 19,tanto como interesse cientfico quan- to como necessidade tecnolgica. foi a base da Revoluo industrial, sob a forma de mquinas a vapor, alimentadas pelo carvo, na determinao de substituir msculos humanos e de animais pelo poder mecnico das mquinas. a termodinmica, ao permitir a transformao da energia e produzir trabalho,foi fundamental para libertar a humanidade do horror da escravido, que, por sculos,fez de milhes de seres humanos criaturas degradadas aos olhos de um senhor. 12. aula aberta14 SCIENTIFICAMERICANBRASIL O neurocientista brasileiro, respeitado internacionalmente, fala sobre o Campus do Crebro, seu ousado centro de pesquisa, educao e assistncia social instalado na periferia de Natal. E aproveita para criticar certas culturas, to arcaicas quanto improdutivas, enraizadas em nossos meios acadmicos miguelmiguel nicolelis entrevista Por Rogrio Furtado H poucomaisdedezanos,nosestados Unidos, o mdico paulistano Miguel ngeloLaportanicolelisdesenvolveu ainterfacecrebro-mquinaeganhou projeomundialcomoneurocientista. Por meio dessa tcnica, desde 1998, na Duke University,na Carolina do norte,nicolelis e sua equipetmrealizadoexperimentosbem-sucedidosem que animais de laboratrio geralmente macacos , usandoapenasocrebro,comandambraosrobticos na execuo de determinadas tarefas. 13. aula aberta SCIENTIFICAMERICANBRASIL 15 ESPERANA: Nicolelis quer retribuir o que foi investido em sua formao e, com a implantao do Campus do Crebro, est empenhado em colocar o Brasil em posio de vanguarda no campo da neurocincia taldescrio,claro,estlongederefletiraenorme complexidade do processo: na verdade, nicolelis, que codiretor do Centro de neuroengenharia da universidadeamericana,inaugurouumanovaerana histria da neurocincia, repleta de promessas que parecem beirar o inconcebvel. no entanto, alm de proporcionar contnua expanso dos conhecimentos acerca da estrutura e das atividades cerebrais, possvelqueainterfacecrebro-mquinavenhaater aplicaes prticas no curto prazo.nicolelis aguarda com otimismo as prximas conquistas nessa rea. tambmcomesperanaeatitudespositivasque se volta para o Brasil.Como afirma querer retribuir o que foi investido em sua formao, apoiado por um grupo de colaboradores qualificados, nicolelis est empenhado em colocar o pas em posio de vanguarda no campo da neurocincia, com um projeto em implantao na regio de natal, no rio Grande do norte.trata-se do Campus do Crebro,um misto de instituio de pesquisa com escolas de iniciao cientficaeobrasdeassistnciasocial.Quandoestiver concludo,oCampusdoCrebroteramaiorpartede imAgENS:ACERvodoAutoR 14. aula aberta16 SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL suasinstalaesemterrenode100hectares,emMa- caba,a25quilmetrosdocentrodacapitalpotiguar. Algumasunidades,comooInstitutoInternacionalde NeurocinciasdeNatalEdmondeLilySafraeaEscola AlfredoJ.Monteverde,dedicadainiciaocientfica de jovens carentes,j esto em funcionamento. A escolha de Macaba no foi aleatria. O lugar ostenta pssimos indicadores sociais e abriga a pior escola pblica do pas, segundo avaliao do Minis- trio da Educao. Nicolelis acredita que a cincia pode mudar essa realidade e pretende reproduzir a experinciaemoutrospontosdopas.Parachegarao atual estgio,ele arregimentou aliados na sociedade civil, no pas e no exterior, e conquistou o apoio do governofederal.Masenfrentouostormentosimpos- tospelaburocracianaimportaodeequipamentose emoutrasdemandas.Tambmdespertoucimesnos meios acadmicos,em que j foi chamado de louco. Mas vem se mostrando imune s quizilas. Na entrevista a seguir, entre outros temas, Nico- lelis fala de seus projetos, destaca a importncia da leitura na prpria formao e critica a acomodao nos meios acadmicos tradicionais. Aula Aberta Por que o senhor escolheu a medicina? Nicolelis Foi algo que decidi antes de chegar ao colegial (o atual ensino mdio), quando ainda estudava em uma escola pblica de So Paulo.Entre as pessoas que eu admirava havia mdicos,inclusive um tio de quem gostava muito. Mas a deciso foi tomada por mim mesmo.Ningum de minha famlia me influenciou nesse sentido. Eu queria fazer coisas relevantes e tinha certo fascnio pela possibilidade que a medicina nos oferece de salvar muita gente. Sempre digo para meus alunos que 90% do que faz a medicina lidar com a dor alheia. No ? E pode serqualquertipodedor,fsicaouemocional,svezes provocada pela sensao de impotncia que todos temos diante do destino. Aula Aberta Ento foi uma deciso precoce, em que a solidariedade teve peso? Nicolelis Acho que sim. Tanto que, desde cedo, tentei me especializar em atendimento de urgn- cia. Uma coisa que me sensibiliza muito atender algum em situao de quase desespero. Socorrer essas pessoas tambm um desafio grande em termos profissionais. Esse tipo de medicina sempre me atraiu. E me aproximou de minha esposa, Laura, contempornea na faculdade. Aula Aberta Como se deu a mudana de rumos para a neurocincia? NicolelisFoiconsequnciadeumprocessolgico. A neurocincia atraente, uma das fronteiras do conhecimento.Mas houve uma passagem de minha vida que mais tarde iria me influenciar. No romance Hospital,deArthurHailey,queliquandotinhauns13 anos, o personagem principal um patologista que erraaodiagnosticarotumorsurgidonojoelhodeuma paciente.Eledeclaraqueotumormalignoeamoa tem a perna amputada.Curiosamente,o que levaria muita gente a pensar no gostaria de assumir uma responsabilidadeassimfoioquemeatraiu.Omdico do livro,com anos e anos de experincia,equivocou- se naquele caso,mas acertou em milhares de outros. Noeraincompetente.Eletevecoragemparadecidir. Eu tambm queria tomar decises. Alm disso, no comeo da narrativa, esse sujeito v uma placa na entrada do hospital onde se l proibido fumar. Ele pe um charuto enorme na boca, acende e entra. Gostei disso. algum que desafia as regras, o que bom em medicina.Tambm possvel que outros acontecimentos tenham me influenciado. Meu av maternomorreudecncernocrebroquandoestava comcercade40anos.Emeuavpaternosofreuuma queda fatal em decorrncia da doena de Parkinson. Creioquehouveumarelao,aindaqueinconsciente, entre essas perdas e a carreira que escolhi. AulaAberta OmdicoRiadYounes,seucolegade faculdade,escreveuqueosenhoreraalunoexemplar, atobsessivoemrelaoaosestudos.Osenhorseguia algum mtodo especfico? Uma coisa que me sensibiliza muito atender algum em situao de quase desespero. Socorrer essas pessoas tambm um desafio grande em termos profissionais. Esse tipo de medicina sempre me atraiu 15. aula aberta SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL 17 Nicolelis No havia nada de especial na forma comoeuestudava.Emmeuambientefamiliarjamais algum me cobrou bom desempenho acadmico e ningum nunca soube o que eu fazia na escola.Mas tive sorte. Minha me escritora e minha av era uma intelectual,mulher de formao ampla.Elas me influenciarammuito,desdecedo.Nuncafuipoupado dequalquerdiscussosobreoBrasilouomundo.Vov tinhaumagrandebibliotecaeseumaridotambmera umestudioso.Ouseja,emcasaasatividadespensan- teseramrotineiras.Nuncafuiforadoanada.Estudar era consequncia natural do meu dia a dia. Aula Aberta Hoje vemos at analfabetos funcionais, que nunca leram um livro, ingressando em faculdades.Essaspessoas,iludidas,pensamquebasta comparecer s aulas,pagar as mensalidades e pegar o diploma para ter uma profisso bem remunerada. Como acabar com problemas assim? Nicolelis Bem, a maioria de nossos engenheiros fazcarreiraembancos.Pararesolverosproblemasda educaotemosdefazerumtrabalhovoltadoauma gerao que ainda no nasceu. Para que os futuros brasileiros encontrem algo completamente diferente do que vemos agora.Aprender tem de ser algo to divertido quanto andar de bicicleta. Eu aprendi a aprender na rede da casa de minha av. Lendo. E minha escola era espetacular.Depois fui para o Ban- deirantes,colgio particular de So Paulo.Foi ali que entrei de vez no mundo das cincias naturais. Aula Aberta O que se passa no Campus do Crebro tem alguma relao com sua experincia de estudante? NicolelisDecertamaneira,reproduzimosemNatal o processo ldico de aprendizado que experimentei em casa.As escolas de iniciao cientfica que fun- damos so totalmente empricas.Os alunos no tm aulas tericas,aprendem com a prtica,literalmente. Eles chegaram sala de aula sem saber o que o metro, o milmetro ou uma rgua. Eram crianas de 11a13anosquenuncahaviammedidonada.Ento, paraaprenderanoodeescala,cadaumdesenhou acasaondemoraeconstruiuummodelodessacasa na oficina de marcenaria.Assim eles entenderam as relaes entre as medidas e comearam a ver que a cincia est no cotidiano. O aprendizado deixou de ser obrigao para se incorporar rotina deles. Hoje, mil alunos trocam instituies pblicas por nossas escolas, onde ficam de trs a quatro horas por dia e se dedicam a vrias atividades. Para isso construmos laboratrios de robtica,fsica,qumica, biologia,informtica,histriae geografia.Htambmoficinas de cincia e tecnologia e de artes, alm de um programa deformaodeprofessoresda redepblica.Temosdoisteles- cpiosecomeamosarealizar observaes astronmicas.As crianasjfazemfotosatdas luas de Jpiter e de Saturno. Agora,setudodercerto,cons- truiremos um observatrio. Ser o primeiro do Nordeste destinado a crianas, s que equipado com instrumentos para profissionais. Aula Aberta Boa parte das crianas se interessa pela astronomia? Nicolelis Elas se interessam por tudo. E nos do a impressodequeagemcomo esponjas quando se trata de absorver conhecimentos. Em Natal ficou patente que essa garotada era sedenta de ateno, amor e oportunidades.Setiveremastrscoisasemummesmo ambiente,avanam.Apropsito,opresidenteLula,ao conversarcomumdenossosalunosduranteumavisita a Natal,perguntou o que ele achava da escola.Que escola?, a criana respondeu. E completou: Isto aqui no escola, um parque de diverses.Isso exatamente o que a gente quer,uma condio tima paraoaprendizado.Masnos.Osestudantesmais velhosvmparticipandodeumanovaatividade,que uma oficina em que criam jogos para os mais novos. Eles desenvolvem ideias e, na oficina de marcenaria, constroemosprottipos.Assim,participamdaprodu- odematerialpedaggico.Agoraqueremosaplicaros mesmosprocedimentosnareadeinformtica:bolar jogos de computao que sirvam como instrumentos de ensino de educao cientfica. Aula Aberta Quem desenvolver esses programas? Nicolelis Os alunos. Nossa ideia torn-los parceiros na construo dessa estrutura que preten- demosdisseminarpeloBrasil.Esperamosquetenham motivos para sentir que o aprendizado cientfico em nossas escolas vale a pena. Daqui a pouco vrios deles podero ser programadores em empresas de informtica,ganhandoavidacomoqueaprenderam 16. aula aberta18 SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL aqui. Eles no precisam virar cientistas.A inteno regar a criatividade de cada um e permitir que todos desabrochem e desenvolvam seu potencial. Aula Aberta Qual tem sido o aproveitamento dos alunos? Nicolelis Essas crianas chegaram sem saber se expressar,lerouescrever.Adiferenaquesentimos,e agoraestamostentandomedirissoemtermosdede- sempenhoescolar,queelasencontraramoalgoritmo de aprender. Descobriram o mtodo. Isso a maioria dos estudantes brasileiros no consegue. E estamos falando de muita gente. So 54 milhes de alunos nas escolas pblicas e 12 milhes nas particulares, o que corresponde populao francesa. Mas em nossasescolasagarotadatambmestaprendendo queantesdosprojetospessoaisvmaquelesvoltados para o coletivo a nao, a comunidade, a famlia. Ento, todos os nossos projetos so executados em grupo.Ascrianastmdecolaborarentresi.Elasno devemapenascrescerindividualmente,mastambm contribuir para o crescimento comum. Aula Aberta Ansio Teixeira, Darcy Ribeiro e Paulo Freire provavelmente se encantariam com essa viso... Nicolelis Em minha opinio, todos so heris nacionais.Masemtermostericosnohnadanosso quepossacompetircomagrandiosidadedasaesde cadaumdeles.Oquetemosumprojetoprivadocujo objetivoserautossustentvelpormeiodoemprego dacincianacriaodeatividadeseconmicas.Que- remos produzir conhecimento de ponta no instituto de pesquisa e comerciar as tecnologias e novas tera- pias.A receita obtida ser usada para pagar nossas contas,quesoelevadas,poisnossosprojetossociais so ambiciosos. Em 2008, por exemplo, abrimos a primeira clnica da mulher,que j atende milhares de pessoas por ano,em programas fundamentais como preveno de cncer, gravidez e puericultura de alto riscoeneuropediatria.Graasaumconvnioassinado com o MEC, teremos uma escola pblica regular a ser frequentada pelos alunos em perodo integral. O prximopassoseraconstruodeumamaternidade, poisasmulheresqueatendemosnotmondedar luz.Eosfilhosdelas,aonascer,jestaromatriculados naescola.Semantivermosopatamaratual,educando mil crianas por ano, em duas dcadas formaremos umexrcitodepessoaspensantesemumlugaronde antes no havia nada. Aula Aberta A maioria dos pesquisadores que atuam em Natal de repatriados? Nicolelis No. Um dos diretores, Sidarta Ribeiro, esteve nos EUA por 12 anos. Mas temos gente de todas as regies do Brasil. Como o trabalho multi- disciplinar, precisamos de especialistas de diferentes reas.Para certas pessoas que chamamos,o desafio de vir para c revela-se to inebriante que elas no conseguemrecusaroconvite.ocasodaspedagogas responsveispelasescolasdeiniciaocientfica,que antes viviam em So Paulo,trabalhando em grandes instituies particulares. E estamos atraindo cada vez mais colaboradores brasileiros e estrangeiros. Quando demos incio ao projeto,dizamos que todos oscaminhosdaneurocincianoBrasillevamaNatal. Ainda dizemos. E a verdade essa.Vamos trazer os melhores,desde que comunguem com a filosofia de mudar esta regio. AulaAberta Em que circunstncias o Brasil deve continuar mandando estudantes para o exterior? NicolelisComacondiodequeapessoatenha a capacidade de aproveitar essa experincia. uma maneirafundamentaldeoxigenaracincianacional. Nohdvidaquantoaisso.Oquenobompara o pas perder tanta gente de forma definitiva. O pessoal da minha gerao ilustra bem o caso.Acre- 17. aula aberta SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL 19 dito que o Brasil tenha cerca de 11 mil cientistas vivendo no exterior.Conheo muitos que gostariam de atuar por aqui. S que voltar muito difcil, por causa de nossas estruturas, de nossa cultura. E o retorno se torna ainda mais complicado quando se trata de algum que, estando muito tempo fora, tambm se destaca em sua rea. mais um efeito colateral indesejvel da mediocridade reinante nos meios acadmicos nacionais. Espero que nossos meninos de Natal participem da formao de uma futura academia brasileira.Ela dever se voltar para o pas, contribuindo para o debate, e no olhando para o prprio umbigo. Aula Aberta O senhor tambm no foi bem- vindo ao retornar? Nicolelis A vaidade humana previsvel. Certas pessoasnoentenderamquandodecidimosvirpara Natal.Gentedaacademia,noSudeste,medisseVoc louco.No pode ir para l,onde no existe massa crtica. E como voc vai tirar essas crianas de um estado de penria mental? O Brasil ainda no de- senvolveuumalgoritmodeapoioaosucesso.Prefere apoiar a mediocridade.Aqui, de cada dez projetos, oito ou nove so medocres. Um ou dois so bons. Nossa tendncia pegar os recursos disponveis e dividirpelosdez.Sobramquirelasparacadaum.Nin- gum capaz de dizerSinto muito,mas seu projeto no tem mrito suficiente para ser financiado. O pas tem muita dificuldade para implementar esse modelo de gesto cientfica,a despeito dos esforos de algumas instituies de fomento. Aula Aberta Vencidas as dificuldades iniciais, o que h para comemorar? Nicolelis Levamos trs anos para trazer os recur- sostecnolgicosdequeprecisvamosparacomear as pesquisas. Como sou experimentalista, acredito que o experimento o critrio para determinar se alguma coisa funciona ou no. E aqui tudo est funcionando. Quando trouxe colegas do mundo inteiro para um simpsio, em 2007, eles ficaram espantados ao saber que, na periferia de Natal, j estvamos pesquisando neurnios de acordo com a tcnica que desenvolvi na Universidade de Duke. Muitosdessescientistasaindaestotentandofazer, na Frana e no Japo, por exemplo, o que a gente fazemMacaba.Quantoscrianas,devodizerque vomuitobem.Emambientefavorvel,alimentadas e recebendo carinho, elas se sentem seguras para errareaprender.Eestamosconquistandoapoiopo- ltico e financeiro da sociedade civil e do governo.O presidente Lula eo ministro da Educao,Fernando Haddad, assinaram um artigo comigo em 2007, comprometendo-se a levar a experincia de Natal para 1 milho de crianas nos prximos anos. Pela primeiravezumtextodessanaturezasaiunaedio publicada nos EUA da Scientific American. Aula Aberta E os projetos para o longo prazo? Nicolelis Com a ajuda de colegas, brasileiros e estrangeiros,selecionei12reasdacinciaemqueo Brasildeveriainvestirparasetornarumpasrealmente soberano no futuro, com economia forte e melhores condiesdevidaparaapopulao.Todosnssabe- mos que a dvida social no ser resgatada apenas comprogramasassistenciais.Assim,espalhadospelo territriobrasileiro,emregiescarentescomoaperife- riadeNatal,aAssociaoSantosDumontgostariade implantar,entre outros,institutos do mar,do espao, debiodiversidade,denanotecnologia,defitoterpicos edebioenergia.Cadaumadessasreastemenorme potencial.Tomemos os fitoterpicos como exemplo. Hoje, uma empresa farmacutica gasta de 6 a 7 bilhes de dlares e 25 anos de trabalho para obter umnovoantibitico.Eomesmosepassacomoutros medicamentos. Esse modelo invivel e no pode se perpetuar. E o Brasil tem uma enorme riqueza na biosfera. Inclusive na caatinga, que o nico bioma exclusivamente nacional. No h nada igual em qualquer outro lugar do planeta. As pessoas de l conhecem razes medicinais que curam doenas que afetamossereshumanoseosanimais.Faltadescobrir e testar os princpios ativos. Mastodasasinstituiesqueenumereidevero funcionar nos moldes do Instituto de Neurocincias de Natal, onde a cincia de ponta usada como agente de transformao econmica e social. Com gentecompetenteparageriretrabalharnessesinsti- tutos.Noserdifcilescolheropessoal.saplicar o mesmo critrio que se usa para escalar a seleo brasileiradefutebol.Descontadosospequenosdes- viospadro,soscraquesjogam.Ningumconvoca um centroavante perna de pau para disputar uma Copa do Mundo. Mas, antes de tudo, ser preciso consolidar o projeto em Natal. a nossa prioridade. Uma vez vencida essa etapa, teremos condies de abrir outras frentes. E estamos indo bem no Rio Grande do Norte. Isso d concretude a uma de minhas metforas prediletas.A de que o Nordeste cacto. Se for irrigado, vira flor. para conhecer mais O site www.natalneuro.org.br dispo- nibiliza mais informaes sobre Miguel Nicolelis,o Campus do Crebro e pesquisas em neurocincias. A vaidade humana previsvel. Certas pessoas no entenderam quando decidimos vir para Natal. Gente da academia, no Sudeste, me disse Voc louco. No pode ir para l, onde no existe massa crtica Rogrio Furtado jornalista 18. aula aberta20 SCIENTIFICAMERICANBRASIL Material simples e barato permite que interessados faam suas prprias descobertas na mais fascinante das exploraes, entre estrelas e galxias Planisfrios e anurios abrem as portas doas portas do cu astronomia Por ulisses capozzoli S eus alunos se interessam por astronomia, mas no tm um telescpio nem esperam comprar um desses equipamentos em curto espao de tempo? no h motivo para desistncia.Eles podem comear a prpria descoberta do cu a partir de um planisfrio e um anurio. mas a turma sabe o que so exatamente um planisfrio e um anurio e como eles devem ser utilizados para uma iniciao em astronomia? Diga que um planisfrio, numa definio prtica, uma representao do cu com base em data e horrio especficos. num planisfrio toda a esfera celeste est representada num plano coberto por uma mscara que define a latitude em que se encontra, ou escolhida, por um observador. Fazendo o disco da esfera celeste deslizar sob a mscara os observadores definem a data (msedia)ehorrioemquedesejamconhecerasconstelaesvisveis.assim,aocontrriode umanurioque,comooprprionomeindica,valepeloperododeumano,umplanisfrio umacartadeconsultaparaanosafio.aomenosatqueseestrague,issoporqueplanisfrios quase sempre so produzidos com materiais como papelo e acetato. AcervoDuettoeDitoriAl 19. aula aberta SCIENTIFICAMERICANBRASIL 21 20. aula aberta22 SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL Sugiraqueosjovensadquiramplanisfriosorientados para o sul.Ento,cada um deve segurar o respectivo instrumento com a mo esquerda, apontado para o sul,e,comamodireita,fazerodiscodaesferaceleste deslizar para a data e horrio desejados. Orientados para o sul,os estudantes voltaro suas costas para o norte,com as estrelas nascendo no leste e se pondo no oeste. No leste, em consequncia da rotao da Terra,as estrelas estaro se elevando cada vez mais, at culminarem sobre a posio dos observadores e ento ir perdendo altura, em relao ao horizonte, at o ocaso,no oeste. Observe que as estrelas mais brilhantes (quanto menor a magnitude, maior a luminosidade) esto bem destacadas nesse planisfrio e acompanhadas deseusnomes,casodeSirius(Alfa[])doCoMaior, Canopus [] de Carina,ouAntares [] do Escorpio eToliman(ouRigelKentaurus)[]doCentauro.Pea que os alunos se posicionem tendo como referncia essas estrelas brilhantes.Ao longo do ano,eles mesmos iro reconhecer cada constelao. Trata-se de uma explorao mais que compensadora, cada um pode faz-la de forma independente. Planisfrio eanurio Com as constelaes localizadas com ajuda do planisfrio os jovens podem recorrer ao anurio e avanar bastante no reconhecimento do cu. Se as constelaesnosealteram(narealidadeelassealte- ram,mas,comocadaumdoscomponentesestelares est a enorme distncia da Terra, essas mudanas so praticamente imperceptveis em curto espao de tempo), astros como planetas, cometas e asterides estosempremudandodeposio.Daanecessidade do anurio,que traz a indicao das efemrides (em astronomia,oanncioprviodefenmenoscelestes, termo que quase se confunde com o prprio anurio) ao longo do ano. Com base nesse gnero de publicaovoceaturmapodemseprogramarpara acompanharcadaumdosfenmenoscelestesvisveis a olho nu, como eclipses lunares (eclipses solares, a no ser os totais, devem ser observados com filtros especiais para proteo dos olhos), ocultaes de estrelas e passagens de cometas. Binculos eatlas Astronomia a olho nu uma explorao bastante interessante, mas qualquer observador estar sempre interessado em instrumentos pticos que vo de vrios tipos de binculos e pequenas lunetas a telescpios refratores e refletores das mais diversas qualificaes. Osobservadoresiniciantes,noentanto,devemser alertados de que mesmo o uso de um equipamento ObservatriodeSidney(Antares);PrimozCigler/Shutterstock antares 21. aula aberta SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL 23 Ulisses Capozzoli editor-chefe de Scientific American Brasil sofisticadosemconhecimentomnimodocuacabar em enorme frustrao. Muitos instrumentos, remanescentes da passa- gemdocometaHalley,emmeadosdosanos80,esto abandonados por seus proprietrios, com oculares, espelhos e lentes arruinados por fungos e outros problemas decorrentes da m manuteno. Assim,antes de sonharem com um telescpio, conveniente que os estudantes se familiarizem com o cu e, nesse caso, alm de planisfrio e anurio, praticamenteimprescindvelqueseequipemcomum atlas celeste e binculos. Quando todos forem capazes de localizar com relativafacilidadeumaconstelaotirandopartidodo planisfrio,umatlaspodefornecer-lhesasindicaes dos contedos de cada uma dessas constelaes. Uma constelao comoTouro, por exemplo, permite investigar tanto um asterismo, caso de Pliades, como um dos mais fascinantes cenrios celestes: a nebulosa do Caranguejo, que resultou da exploso da supernova de 1054. Ainda que a nebulosa do Caranguejo no se revele a binculos convencionais, esses equipamentos versteis e mais acessveis ampliam de maneira surpreendente as paisagens celestes. Binculos trazem sempre dois nmeros de referncia,como7x50.Oprimeironmeroindicaamag- nificaodoequipamentoeosegundoodimetroda objetiva,emmilmetros.Dividindo-se50por7tem-se oqueospticoschamamdepupiladesada,nesse caso de pouco mais de 7 milmetros. Guardebemessarelaoparaescolhadeoutros equipamentosporque,numanoiteescura,amxima aberturadapupilahumanachegaa7milmetros.Em outras palavras, uma pupila de sada nessa medida significa que toda luz recolhida pelo equipamento ser aproveitada visualmente, gerando uma boa definio de imagem. Acuidadevisual Claro que se a turma dispuser,por exemplo,de binculos 16x50, pode us-los ao menos nos primeiros tempos,antesdecomprarum7x50.Sugiraquetodos tenham alguma tranquilidade porque, entre outros desafios, a observao do cu exige boa acuidade visual, que preciso desenvolver. Observar o cu como tocar um instrumento. Quem para por algum tempo vai precisar de algum esforo para recomear. Ns,de alguma forma,perdemos aembocadura. Quanto aos atlas, a preferncia deve ser dada a material produzido no hemisfrio sul, que facilita a observao.Umabuscaemlivrariase/oupelainternet permite a localizao de atlas tanto em portugus quantoemingls.Estudeatentamenteoexemplarque pretende indicar para a turma, lembrando que uma nicaconstelao,das88emqueocuestdividido, uma fonte inesgotvel de explorao. Semansiedade No deixe que a ansiedade atrapalhe o prazer de explorar o cu,mas crie,ao mesmo tempo,um m- todomnimoquepermitaatodosodesenvolvimento dessa atividade. Inmeros nomes da histria da astronomia fizeram suas descobertas com base em um livro, caso do filsofo Emmanuel Kant (1724-1804), que props o conceito deuniverso-ilhapara se referir s galxias. OuWilliam Herschel (1738-1822), ma- estro que trocou o som das orquestras pela msica das esferas e foi o maior astrnomo de sua poca. De qualquer forma,o planisfrio,em interao com o anurio, o incio de tudo. Atlas e binculos completam um primeiro estgio.A partir da um telescpio literalmente abrir o Universo aos olhos dos alunos para uma viagem sem comparao. AkiraFujii/ESA/NASA sirius 22. Por Lawrence D. Burns, J. Byron McCormick e Christopher E. Borroni-Bird Um Futuro LiMpo Fsica 23. aula aberta SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL 25 SKATE GIGANTE: O prottipo de veculo Hy-wire a clulas de combustvel de hidrognio da General Motors apoiado em um suporte, exposto em seus componentes operacionais essenciais um chassi semelhante a um skate e dotado de uma pilha de combustvel, motor eltrico e controles eletrnicos programveis. Automveis movidos a clulas de hidrognio podero ser os catalisadores de um futuro mais limpo uando Karl Benz tirou seu Patent Motorcar do celeiro,em 1886,literalmente ps em movimento as rodas de mudanas. O advento do automvel trouxe enormes transformaes tanto no modo de vida das pessoas como na economia mundial, o que ningum esperava. a disponibilidade cada vez maior de um meio de transporte pessoal deixou o mundo mais acessvel e, ao mesmo tempo, produziu uma complexa infraestrutura industrial que modelou a sociedade moderna. agora,outrarevoluopoderserdeflagradaporumatecnologiaautomotiva: a propulso alimentada pelo hidrognio,em vez do petrleo.Trata-se das clulas decombustvelqueseparamostomosdehidrognioemprtonseeltronse acionammotoreseltricoscomemissesapenasdevapordgua.Essaalternativa deixar os automveis muito mais ecolgicos,alm de mais seguros,confortveis e personalizados e at mesmo,possivelmente,mais baratos.Esses veculos mo- vidosaclulasdecombustvelpoderiamtambmestimularumamudanarumoa uma economia alimentada por uma energia maisverde,baseada no hidrognio.medidaqueissoocorresse,ousoeageraodeenergiapoderiammudar significativamente.assim, automveis e caminhes a clulas de combustvel de hidrognio poderiam ajudar a assegurar um futuro quando a mobilidade pessoal aliberdadeparaviajarindividualmentepoderiasersustentadaindefinidamen- te,sem comprometer o ambiente. Caro leitor, Este artigo texto aborda uma forma de energia no poluente para a propulso de automveis. Leia a respeito dos benefcios, das dificuldades a serem superadas e das projees do uso do hidrognio como combustvel veicular. GENERALMOTORS Q EnErgia vErdE Fonte de energia renovvel que no agride o meio ambiente. cONcEiTO 24. aula aberta26 SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL osautores Umaconflunciadefatoresfazcomqueessamu- dana parea cada vez mais provvel. Um aspecto relevantequeosmotoresdecombustointerna,que usam derivados de petrleo como combustvel, por mais refinados,confiveis e econmicos que sejam, esto esgotando seus limites. Apesar de inmeros aperfeioamentos,os motores com motores de com- bustointernatmeficinciadeapenas20%a25% na converso do combustvel em potncia motriz transmitida s rodas.E embora a indstria automo- bilsticaamericanatenhareduzidosubstancialmente algumasemissesdosescapamentosdesdeosanos 60,quandonohaviaregulamentaoasemisses dehidrocarbonetoscaram99%;asdemonxidode carbono, 96%; as de xidos de nitrognio diminu- ram 95% a continuada produo de dixido de carbono gera preocupao por seu potencial de al- teraes no clima do planeta. Mesmo com a aplicao de novas tecnologias, espera-sequeaeficinciadosmotoresdecombusto internaatinjaum mximo de eficinciaemtorno de30%e,dequalquermaneira,continuaraemitir dixido de carbono.Em oposio,os veculos movidos a energia produzida por clulas de combustvel de hidrognio so quase duas vezes mais eficientes, e portanto necessitaro de apenas metade da energia do combustvel.Mais interessante o fato de as clulasdecombustvelemitiremapenasguaecalor como subprodutos. Finalmente, o gs hidrognio pode ser extrado de diversos combustveis e fontes deenergia,comogsnatural,etanol,gua(pormeio deeletrliseusandoeletricidade)e,nofuturo,desis- temas de energia renovveis. Percebendo esse potencial,parte das companhias automobilsticas est envolvida num esforo sustentado para desenvolver veculosmovidosaclulasdecombustvel,entreelas DaimlerChrysler, Ford, General Motors, Honda, PSA Peugeot-Citron,Renault-Nissan eToyota. LAWRENCE D. BURNS, J. BYRON MCCORMICK e CHRISTOPHER E. BORRONI-BIRD tm posio estratgica nos esforos de desenvolvimento de clulas de combustvel na General Motors. Burns vice-presidente de PesquisaDesenvolvimento e Planejamento da GM. Ele supervisiona o avano tecnolgico e os programas de inovaes da companhia e responsvel pelo portflio de produtos,capacidade e planejamento de negcios da GM.Burns membro da Diretoria de Estratgia Automotiva, a equipe gerencial de mais alto nvel na GM. McCormick diretor-executivo de Atividades com Clulas de Combustvel da GM. Ele se envolveu em pesquisas com clulas de combustvel durante toda a sua carreira,tendo iniciado e depois dirigido o programa de desenvolvimento de clulas de combustvel para Meios de Transporte nos National Laboratories de Los Alamos, antes de passar a trabalhar na GM, em 1986. Borroni-Bird entrou na GM em junho de 2000 como diretor de projetos e de fuso tecnolgica,um grupo que aplica tecnologias emergentes e aperfeioamentos no projeto de veculos. Ele tambm diretor do programa AUTOnomia, do qual faz parte o veculo prottipo Hy-wire.Anteriormente,Borroni-Bird gerenciou o programa de desenvolvimento de clulas de combustvel para o veculo Jeep Commander, da Chrysler. Potncia motriz potncia associada ao movimento do veculo. CONCEITO Mximo de eficincia Todas as mquinas trmicas, como os motores de combusto interna, possuem limitaes de eficincia. Pela segunda lei da termodinmica, sabemos que nenhuma mquina operando em ciclos pode atingir um rendimento de 100%.Vale lembrar que a eficincia mxima de qualquer mquina trmica obtida quando ela opera em um ciclo de Carnot. hiperlink Mundo automotivo importante encontrar uma soluo melhor para os problemas criados pelo transporte pessoal,j que o impactoambientaldosveculosdevercrescerenor- memente. Em 1960, menos de 4% da populao mundial possua veculos automotores.Vinte anos maistarde,osproprietriospassarama9%e,agora, chegam a 12%.Com base nas atuais taxas de crescimento,at15%daspessoasquevivemnoplaneta poderoterumveculoat2020.Ecomoapopulao mundialpodercrescerde6bilhesdepessoas,hoje, paraquase7,5bilhesdentrodeduasdcadas,on- mero total de veculos poder aumentar de cerca de 700milhesparamaisde1,1bilho.Essaexpanso projetadaserestimuladapelocrescimentodaclasse mdia no mundo em desenvolvimento,algo que se traduzemaumentoderendapercapita.Rendasmais altasestocorrelacionadasquasediretamentecoma posse de automveis. Trs quartos de todos os automveis esto concentrados nos EUA, na Europa e no Japo. Entretanto, mais de 60% das vendas de novos veculos no curso dos prximos 10 anos devero acontecer em oito mercados emergentes: China, Brasil,ndia,Coreia,Rssia,Mxico,Polnia eTai- lndia. O desafio ser criar veculos atraentes, a preos razoveis e lucrativos, que sejam seguros, eficazes e inofensivos ambientalmente. Paracompreenderporqueessatecnologiapode- riasertorevolucionria,considereofuncionamento de um veculo movido a clulas de combustvel,que basicamente um veculo com um motor de trao eltrica.Mas,emalgumlugardeumabateriaeletro- qumica,omotorobtmsuaenergiadeumaunidade de clulas de combustvel (ver ilustrao na pg.ao lado).Aeletricidadeproduzidaquandoeltronsso removidos do hidrognio que passa atravs de uma membrana na clula.A corrente resultante aciona o 25. aula aberta SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL 27 eisenhutmayergettyimages;CORTESIADEGRARDLIGER-BELAIR NOS EUA,A MAIORIA DOS automveis usa motores de combusto interna de quatro tempos. O pisto, que se movimenta para cima e para baixo com a rotao do girabrequim, parte do topo do cilindro.A vlvula de admisso se abre e o pisto desce, admitindo a mistura de combustvel/ar ao cilindro. O pisto se desloca de volta para cima, comprimindo a gasolina e o ar. A vela de ignio produz uma fasca, provocando a queima de gotculas de combustvel.A carga comprimida explode, empurrando o pisto para baixo.A vlvula de exausto se abre, permitindo que os produtos da combusto saiam do cilindro.A cada ciclo realizado pelo motor de combusto interna so expelidos gases poluentes para a atmosfera, fato que no ocorre na clula de combustvel que utiliza hidrognio puro. ELETROQUMICAVERSUS COMBUSTO:uma clula de combustvel uma membrana de troca de prtons [MTP] formada por dois eletrodos delgados e porosos,um anodo e um catodo,separados por uma membrana de polmero eletroltico que permite a passagem apenas de prtons.Catalisadores revestem um lado de cada eletrodo.Depois que o hidrognio entra [1],o anodo catalisador o divide em eltrons e prtons [2].Os eltrons se deslocam, afastando-se para energizar um motor [3],enquanto os prtons migram atravs da membrana [4] para o catodo.Seu catalisador combina os prtons com os eltrons que retornam e com o oxignio do ar,formando gua [5].As clulas podem ser empilhadas para gerar tenses mais elevadas [6]. motor eltrico,que faz girar as rodas.Os prtons de hidrognio,depois,recombinam-se com eltrons de oxignio para forma gua.Se usar hidrognio puro, um carro movido a clulas de combustvel um veculo com emisso zero de poluio. Embora a extrao de hidrognio de substncias demande energia, reformando molculas de hidrocarbonetoscomcatalisadoresefracionando gua com eletricidade,a elevada eficincia das c- lulasdecombustvelcompensaaenergianecessria para executar esses processos, como mostraremos adiante.Naturalmente,essa energia deve vir de al- gumlugar.Algumasfontesdegerao,comousinas geradoras a partir da queima de gs natural,petr- leoecarvo,produzemdixidodecarbonoeoutros gases que causam o efeito estufa. Isso no ocorre com outras fontes geradoras de energia, como as usinas nucleares. Um objetivo timo seria produzir eletricidade de fontes renovveis, como biomassa, hidreltricas,energia solar,elica ou geotrmica. Diversidade de fontes energticas Comaadoodehidrogniocomocombustvelau- tomotivo,aindstriadetransportespoderiainiciara transiodeumaquasetotaldependnciadopetr- leo para um leque de fontes de combustvel. Hoje, 98%daenergiausadaparamoverautomveisvem do petrleo. Em consequncia, aproximadamente dois teros do petrleo importado pelos EUA so usados nos meios de transporte. Ao complementar o uso de combustveis fsseis, os EUA podem, em princpio, reduzir a dependncia em relao a essa fonte clssica e estimular o desenvolvimento de alternativas energticas locais e menos agressi- vas ao meio ambiente.Esse esforo tambm criar competiodepreosnosmercadosdeenergiao Catalisador Um catalisador uma substncia que age como facilitador da reao qumica, aumentando a velocidade da reao. CONCEITO Vela de ignio Vlvula de escapamento COMBUSTVEL HIDROGNIO [H2] Canal de fluxo Hidrognio no usado Eltrons Motor de acionamento eltrico OXIGNIO DO AR [O2] Vapor de ar e gua Pisto Anodo Catalisadores Membrana de troca de prtons [PEM]) Catodo Calor 125 C Biela Calor 850 C MISTURA DE COMBUSTVEL E AR Emisses do escapamento Prtons 2H O H20 Cilindro Girabrequim 3 4 5 1 2 MOTOR DE COMBUSTO INTERNAUSINA DE FORA BASEADA EM CLULA DE COMBUSTVEL EFICINCIA DE AT 30%EFICINCIA DE AT 55% Vlvula de admisso UMA CLULA PILHA DE CLULAS DE COMBUSTVEL 6 2H2 g 4H- + 4e- 4II + 4e O2 g 2H2O 26. aula aberta28 SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL O CHASSI DO AUTONOMIA UM SKATE GIGANTE que poderia baixar e estabilizar os custos dos combustveis e da energia no longo prazo. Outro aspecto fundamental na produo de um veculoverdadeiramenterevolucionrioaintegrao da clula de combustvel com a tecnologia drive- by-wire (conduo do veculo por instrumentao eletrnicaembarcada),substituindosistemasanterio- res,predominantemente mecnicos,por sistemas de direo, frenagem, acelerao e outras funes do- tadas de unidades controladas eletronicamente.Isso liberaespaonosveculos,porquesistemaseletrnicos tendem a ocupar menos volume que seus correspon- dentes mecnicos.O desempenho de sistemas guia- dosporinstrumentospodeserprogramadousando-se software.Alm disso,sem conjuntos de eixo card e junta universal convencional,que limitam mudanas estruturais e de design,os fabricantes tero liberdade paracriarprojetosradicalmentediferentesquesatisfa- amasnecessidadesdosclientes. A substituio de motores de combusto interna convencionais por clulas de combustvel permite o uso de um chassi plano, o que d liberdade para A SUPERPOSIO DE SISTEMAS automotivos funcionais no chassi pleno semelhante a um skate gigantesco a chave do conceitoAUTOnomia, da General Motors,para um futuro veculo a clulas de combustvel de hidrognio.Essa tcnica,e o uso de tecnologias compactas de recursos eletrnicosdrive-by-wirenos sistemas de direo,frenagem e acelerao do aos projetistas liberdade maior na configurao das carrocerias.Torna-se necessrio reservar um grande compartimento para acomodar o motor,e deixa de existir um inconvenientecalombo longitudinal central na cabine ou uma incmoda roda de direo convencional.Essa nova abordagem tambm permite que as carrocerias sejam intercambiveis.Os donos dos veculos poderiam ir s suas revendedoras paraacoplarnovas carrocerias personalizadas em seus chassis usados,ou faz-los eles mesmos transformando,por exemplo, um sed em uma minivan ou em carro de luxo. SISTEMA DE CONTROLE DO AR CONEXO UNIVERSAL DE ACOPLAMENTO Porta de alimentao e comunicao que conecta o skate com os sistemas drive- by-wire na carroceria ZONA TRASEIRA DE CHOQUE Absorve a energia de impactos CONTROLES DO SISTEMA DRIVE-BY-WIRE o crebro e o sistema nervoso do veculo, e controla o sistema eletrnico UNIDADE DE AQUECIMENTO DA CABINE RADIADORES MONTADOS LATERALMENTE Liberam o calor gerado pelas clulas de combustvel, sistema eletrnico veicular e motores das rodas MOTORES DAS RODAS Motores eltricos ao lado das rodas proporcionam trao nas quatro rodas; freios incorporados aos motores freiam o veculo ZONA DIANTEIRA DE CHOQUE Absorve a energia de impactos. O chassi doAUTOnomia no apresenta motor na parte dianteira, portanto necessrio um sistema que absorva energia em caso de impacto frontal para que a energia da coliso no seja dissipada nas pernas do condutorPILHA DE CLULAS DE COMBUSTVEL Converte o combustvel hidrognio e eletricidade TANQUES DE COMBUSTVEL DE HIDROGNIO FIXAES DA CARROCERIA Travas mecnicas que fixam a carroceria ao skate JOEZEFF a criao de estilos caractersticos de carroceria. Da mesma forma,a tecnologiadrive-by-wireliberta o design do interior dos veculos, porque os controles de conduo podem ser modificados radicalmente e operadosdediferentesassentosnoveculo.Perceben- do essa oportunidade de design, a General Motors idealizouumconceitodenominadoAUTOnomia,que acompanhialanounoinciode2002.Umprottipo que pode ser dirigido,oHy-wire(uma referncia a hidrognio-by-wire)estreounafeiraautomobilsti- caMondialdeLAutomobile(SalodeParis)emParis, nofinaldesetembrodomesmoano. O conceito doAUTOnomia e o prottipo doHy- wireforamcriados,literalmente,dasrodasparacima. A base de ambos um chassi delgado,um skate gi- gantequecontmacluladecombustvel,omotorde acionamento eltrico,tanques para armazenamento de hidrognio,controles eletrnicos e trocadores de calor,bem como sistemas de frenagem e de direo (ver ilustrao acima).No h um motor de combus- to interna, transmisso, junta universal, eixos de transmissoouarticulaesmecnicas. Drive-by-wire Atualmente, algumas funes j so controladas por sistemas eletrnicos mesmo em carros comuns, como a injeo de combustvel no motor. HIPERLINK 27. aula aberta SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL 29 Em um veculo do tipoAUTOnomia plenamente desenvolvido, a tecnologia drive-by-wire exigiria umanicaconexoeltricasimpleseumconjuntode vnculosmecnicosparaacoplarochassicarroceria. Essapoderiaserencaixadanochassicomoconexode umlaptopaumaestaodeacoplamento.Oconceito deumsencaixeeltricocriaumamaneirarpidaef- cildeconectartodosossistemasdecontroledacarro- ceria,deenergiaeltricaedeaquecimentoaoskate. Essa simples operao pode ajudar a manter a carro- ceriadoveculoleveedescomplicada.Issotambm torna a carroceria simples e substituvel.Em princpio simplesmentefazendocomqueumarevendedora,ou oprprioproprietriodocarro,encaixeummdulo intercambiveldecarroceria,oveculopoderiavirarum carro de luxo, um sed para a famlia uma semana depoisouumaminivannoanoseguinte. Como acontece com computadores,os sistemas veicularessoatualizveisporsoftware.Comisso,as equipes de manuteno podem baixar programas, conformedesejado,paramelhorarodesempenhoou personalizardeterminadascaractersticasdemarchae conduoparaadequ-lasaumadeterminadamarca deveculo,estiloouprefernciadoconsumidor. Com controles eletrnicosdrive-by-wire,o mo- toristanonecessitadeumvolantededireo,cmbio para troca de marchas ou pedais acionados com os ps.O prottipo Hy-wire da GM equipado com um controlededireodenominadoX-Drive,quepodeser facilmentedeslocadodeumladoparaoutro,aolongo dtodaalarguradocarro,permitindoqueoveculoseja dirigidoemviasdetrfegopeladireitaoupelaesquer- da.Para operar o X-Drive o motorista pe suas mos emalgosemelhanteaoscontrolesdeumamotocicleta: avanagirandooqueseriaoaceleradorefreiaacionan- doumoutrocontrolesimilar.Paramudaradireoem quesedesloca,omotoristaexecutaumaaodegiro comoaquehojeaplicamosdireodeumautomvel convencional.Eletemaopodefreareacelerarcom suamodireitaouesquerda,comprioridadeparafre- nagemnocasodeaescontraditrias.Omotoristape omotordoveculoemmovimentoapertandoumnico botodepartidadosistemaeltricoeentoseleciona umadetrscondies:neutro,marchaavanteour.O X-Drivetambmeliminaopaineldeinstrumentoscon- vencional e a coluna de direo,o que tambm libera espaoepermiteumnovoposicionamentodeassentos e de reas para bagagem.Por exemplo,uma vez que no h um compartimento para o motor,o motorista e todos os passageiros tm maior visibilidade e muito maisespaoparaesticaraspernasqueemveculos convencionaisdomesmocomprimento. Um conceito como o do AUTOnomia, porm, poderia mudar radicalmente o modelo de negcios atual.Assim como ocorre com as variantes de uma mesmaplataformanosatuaiscaminhes,serposs- vel projetar o chassi apenas uma vez e acomodar di- versosestilosdecarrocerias.Essesmodelosalternati- vospoderiamfacilmenteterdiferentesfrentes,layouts de seu interior e um ajuste fino nos chassis.Possivel- mente com apenas trs tipos de chassis compacto, mdioegrandeosvolumesdeproduopoderiam ser muito mais altos que os atuais, proporcionando maioreseconomiasdeescala. A necessidade de um nmero muito menor de componentesetiposdepartesreduziraindamaisos custos.Apilhadeclulasdecombustvel,porexemplo, criadaapartirdeumasriedeclulasindividuais idnticas, cada uma contendo uma chapa catdica plana e um componente andico similar,separados por uma membrana de polmero eletroltico.Depen- dendo dos requisitos de energia eltrica de determi- nado veculo (ou de outros dispositivos, como um gerador de eletricidade estacionrio), o nmero de clulasnapilhapodevariar. Emboraatecnologiacomclulasdecombustvel automotivas ainda esteja longe de ser barata (milhares de dlares por kilowatt para um prottipo Kilowatt Unidade de potncia, que no sistema internacional corresponde energia de 1.000 joules a cada segundo. CONCEITO DaimlerChrysler AG ................................................................. Stuttgart-Mohringen,Alemanha Ford motor Co. ............................................................................. Dearborn, Michigan, EUA General Motors Corp. ........................................................................ Detroit, Michigan, EUA Honda Motor Company Ltd. .......................................................................... Tquio, Japo PSA Peugeot Citron .................................................................................... Paris, Frana Renault-Nissan ......................................................................................... TK LOCATION Toyota Motor Corp. ........................................................................ Toyota City,Aichi, Japo Principais desenvolvedores de clulas de combustvel automotivas veculo leve Lembre-se de que, pela segunda lei de Newton, um carro mais leve acelerado mais facilmente do que um carro de massa maior. hiperlink associao em srie Vrias clulas garante uma maior tenso aplicada no motor. hiperlink 28. aula aberta30 SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL SLIMFILMS DENTrODEPOucOsaNOs aPequenasfrotasdeveculosprottiposso testadasmedianteacessodessesveculos porleasingaresidentesquemoremnas imediaesdeumpostodeabastecimento dehidrognio. bFrotasdeveculosdetransportepblico edeempresas,queretornamdiariamentea suasgaragens,formadaspornibus,furges detransportedecorrespondnciaeperuas deentregadeencomendas,comeamaser abastecidasporpostosdehidrogniocom umalocalizaocentralizada. a b FONteS De eNerGIa as atuais tecnologias de gerao de energia a partir de combustveis fsseis,nuclear e hidreltrica rece- bero uma complementao cada vez maior de tecnologias mais limpas e renovveis. aPsMaisDEuMaDcaDa aunidades regeneradoras estacionrias de clulas de combustvel localizadas em uma maior diversidade de tipos de empresas e,eventualmente,em residncias vendem um excedente de energia para a rede de eletricidade,formando um sistema de gerao distribudo.Essas unidades comeam a suprir hidrognio localmente a seus funcionrios. bMais postos de hidrognio que usam eletrolizadores entram em operao. crevendedoras de automveis passam a vender novas carrocerias em diversos estilos para quem possui plataformas usadas. dEnormes montadoras produzem trs tamanhos dechassis-plataformasdotadas de clulas de combustvel (compactos,de tamanho mdio e grandes). eOutras fbricas em diferentes regies do mundo constroem diversas carrocerias para seus mercados locais (por exemplo tratores e caminhes,na ndia e na china). PetrleOe CarVO NuClear bIOMaSSa GSNatural SOlar elICa DENTrO DE uMa DcaDa aFbricas de automveis produzem plataformas sobre rodasmovidas a clulas de combustvel e um pequeno nmero de diferentes tipos de carrocerias que podem ser simplesmente encaixadasnas plataformas. bPostos de abastecimento com hidrognio com reformadores de gs natural (unidades de craqueamento qumico) no prprio local so instalados para disponibilizar hidrognio para os veculos produzidos inicialmente. cunidades estacionrias de clulas de combustvel,que reformam o gs natural em hidrognio e o alimentam clula de combustvel,so instalados em empresas que podem pagar uma energiamais cara por exigncias de alta confiabilidade.Por exemplo,ambulncias e veculos de socorro sero reabastecidos na unidade de clulas de combustvel implantada no hospital. GeOtrMICa HIDreltrICa NDIa CHINa PASSOS RUMO A UMA SOCIEDADE BASEADA NO HIDROGNIO unidadedeclulade combustvelcomreformador decombustvel Veculosaclulasde combustvelcedidosporleasing Frotasdeveculosa clulasdecombustvel abastecidosdeum localcentral a b c a b c d e Fbrica de automveis a clulas de combustvel Posto de combustvel hidrognio alimentao eltrica de reserva de clulas de combustvel Veculo de socorro a clulas de combustvel Posto de combustvel alimentao eltrica de reserva de clula de combustvel Gasoduto de gs natural Gerador residencial a clulas de combustvel Posto de combustvel com eletrolizador revendedora de carrocerias Tratores caminhes Fbricas regionais de veculos especializadas em carroceria importante fbrica de automveis a clulas de combustvel 29. aula aberta SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL 31 generalmotors construdo artesanalmente),os custos comearam a cair sensivelmente. Por exemplo, o aumento da or- dem de 10 vezes na densidade de energia eltrica produzida por pilhas de clulas de combustvel con- seguidaaolongodosltimosanosfoiacompanhado por uma queda idntica em seu custo.E embora as clulas de combustvel exijam,atualmente,metais preciososparaseremusadoscomocatalisadorese dispendiosasmembranasdepolmeros,oscientistas continuamatestarmaneirasdeminimizaroemprego decatalisadoresedebaratearosmateriaisemprega- dos como membranas. O conceito doAUTOnomia tambm permite tornar independentes a manufatura da carroceria e a do chassi.Um fabricante mundial poderia construir e despachar o chassi (um cenrio ideal,tendo em vista seuperfildelgado),eempresaslocaisconstruiriamas carroceriasemontariamosveculoscompletos. Armazenagem do hidrognio Isso no significa que todos os obstculos tcnicos para projetar e construir veculos prticos movidos a clulas de combustvel foram ultrapassados.Mui- tas dificuldades ainda devem ser superadas, antes de serem alcanados a praticidade e o desempenho que os usurios esperam dessa nova gerao de automveis. Umadasbarreirasodesenvolvimentode uma tecnologia segura e eficaz de armazenamento dehidrognioabordodosveculosquesejacapazde proporcionar uma autonomia de percurso em torno de 500 quilmetros. Qualquer tecnologia aceitvel de armazenamento deve ser suficientemente dur- vel para funcionar ao longo de pelo menos 240 mil quilmetros.Ela deve ser utilizvel em temperaturas de 40 Celsius abaixo de zero a aproximadamente 45 Celsius. E o processo de reabastecimento deve ser simples e consumir menos de cinco minutos.H diversas abordagens para o armazenamento de hi- drognioincluindoaformalquida,gasosacomprimi- daeslida.Todassopromissoras,aomesmotempo em que apresentam dificuldades. Deincio,omaisprovvelserautilizaodegs comprimido.Masaaltacompressotrazapreocupa- o com segurana.Atualmente, esses sistemas ar- mazenamcercade5millibrasporpolegadaquadrada (psi)dehidrognio(350bares),masametasuportar 10 mil psi (700 bares) para estender a margem de autonomia do veculo. Por critrios de segurana, o tanque deve ter resistncia a exploso por impacto de pelo menos duas vezes a presso do combustvel. Os recipientes so,atualmente,construdos com ma- teriaiscaros,comofibradecarbono,emuitopesados. Eles so tambm relativamente grandes, tornando difcilsuaacomodaonoveculo. rEfazendo a infraestrutura Por mais revolucionrios que possam ser as mudan- asnosetorautomotivo,elaspoderoserevelarape- nas secundrias,secomparadascomainflunciade veculosdotipoAUTOnomiasobreosistemamundial desuprimentodeenergia.Consideradasdopontode vista atual,as clulas de combustvel e uma infraes- truturadearmazenagemesuprimentodocombust- vel hidrognio so um problema de precedncia,do tipoquem vem primeiro,o ovo ou a galinha.No podemos ter um grande nmero de veculos movidos a clulas de combustvel sem disponibilidade adequadadecombustvelparasupri-los,masnote- remos condies de criar a infraestrutura necessria sem um nmero significativo de veculos movidos a clulas de combustvel nas vias. Considerando que a criao de uma dispendiosa rede de gerao/distribuio de hidrognio nos EUA um pr-requisito para a comercializao de automveis e caminhes movidosaclulasdecombustvel,crucialumavigo- rosa defesa dessas ideias por parte de lderes locais e nacionais nos setores pblico e privado. Entre as questes fundamentais que deve ser abordadas es- toaconcessodesubsdios,incentivosparaacons- truo de postos de reabastecimento, a criao de padresuniformeseaeducaodopblicoemgeral sobreoassunto.AiniciativaFreedomCAR,anunciada pelo departamento de Energia dos EUA, em 2002, que uma parceria formada pelos setores pblico e privado com o objetivo com o objetivo de incentivar odesenvolvimentodageraodeenergiaapartirde clulas de combustvel e o uso do hidrognio como um combustvel principal para automveis e caminhes, um passo na direo certa.Ser necessrio oapoiodogovernoparaarealizaodepesquisase de testes piloto necessrios para comprovar a viabi- lidade da infraestrutura. Sem dvida, o setor automobilstico tambm precisa fazer sua parte para viabilizar a complexa e dispendiosa transio para uma economia baseada nohidrognio.AGMestatualmentedesenvolvendo umaestratgia-pontequedeveracelerarasmudan- as.Estamos trabalhando com o objetivo de levar ao mercado clulas de combustvel de hidrognio pro- visrias que proporcionaro as receitas necessrias paraajudarapagarosmaisdeUS$100milhesque acompanhiaestinvestindoanualmentenatecnolo- giadeclulasdecombustvel,paraproporcionaruma experinciaoperacionalnomundoreal. da platina ao ao O metal utilizado nos catalisadores a platina. Atualmente, alguns pesquisadores fazem uso do ao inoxidvel, um material muito mais barato e quase to eficiente quanto a platina. hiperlink 700 bares No sistema internacional, a altssima presso de 700 bares corresponde a aproximadamente newtons a cada metro quadrado. hiperlink nibus a hidrognio Hoje, alguns modelos de carros movidos a hidrognio esto sendo testados por centenas de usurios ao redor do mundo. O Brasil um dos poucos pases que j utiliza o hidrognio no transporte pblico. Um nibus equipado com um conjunto de clulas de combustvel com autonomia de 300 km est em fase final de testes e deve transportar passageiros j em 2010. Esse nibus brasileiro tem um sistema de recuperao de energia semelhante quele usado na Frmula 1, pelo qual a energia dissipada durante a frenagem armazenada em uma bateria e pode ser reutilizada posteriormente. leitura complementar 30. aula aberta32 SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL Paraosprximosanos,aGMplanejaapresentar umafamliadegeradoresestacionriosbaseadosem clulas de combustvel destinadas ao segmento de mercado disposto a pagar um preo extra por sua energia, para ter um suprimento garantido, de alta confiabilidade.Essemercado,quepodermovimenta US$ 10 bilhes por ano, abrange consumidores de energia que no podem ser dar ao luxo de ficar sem eletricidade,entreelescentrosdedadosdigitais,hos- pitais,fbricas que empregam processos industriais contnuos,ecompanhiasdetelecomunicaes.Alm disso,esses consumidores viabilizariam redues de custograascapacidadedebaixarseuconsumode energia durante perodos de pico,bem como possi- bilitar a gerao de receitas mediante uma medio lquida de consumo (que leva em conta a venda de energia fornecida de volta rede). Nosso produto inicial ser uma unidade de 75 quilowatts que in- corpora um reformador que extrai do gs natural o hidrognio,metanol ou gasolina que alimentaro a pilhadeclulasdecombustvel.Nosonecessrios avanostcnicosrevolucionriosparaconstruiresses geradores de eletricidade estacionrios.Quando em operao, esses sistemas descentralizados de gera- odeeletricidadepoderotambmserusadospara reabastecer veculos com hidrognio. Quandodispusermosdemtodossegurosecon- fiveis para o armazenamento de hidrognio,o processamento do combustvel nos postos de abastecimento se tornar um caminho vivel para a gerao dohidrognionecessrioparaosetordetransportes. Uma vantagem do processamento do combustvel, evidentemente, que a maior parte da infraestrutura necessria para implement-lo j existe.A atual rede de distribuio de combustveis derivados de petrleo poderia ser adaptada com a instalao de reformadores de combustvel ou de eletrolizadores emcadapostodegasolinadebairro,permitindoque osoperadoreslocaisgeremhidrognionahoraeo forneamaseusclientes.Comessaabordagem,no haverianecessidadedeconstruirnovosgasodutosde grandesextenses,nemdedesmantelarainfraestru- tura de suporte automotivo existente. medida que iniciamosatransiodopetrleoparaohidrognio, esse poderia ser o melhor caminho de progresso. Conforme os sistemas de gerao de eletricidade veicular se tornarem mais sofisticados, veremos umamudananopapeldoautomvelnombitoda rede mundial de eletricidade. Os veculos podero, eventualmente, transformar-se em uma nova fonte de gerao de energia, fornecendo eletricidade a residncias e locais de trabalho.A maioria dos veculos permanece ociosa cerca de 90% do tempo e assimpodemosimaginarocrescimentoexponencial na disponibilidade de eletricidade,se a rede eltrica atual pudesse ser complementada pela capacidade degeraodeautomveisecaminhesemcadavia, garagem ou estacionamento.Considere,por exemplo, que se apenas um em cada 25 veculos na Ca- lifrnia, hoje, fosse um veculo movido a clulas de combustvel, sua capacidade geradora combinada excederia a da rede de eletricidade do estado. generalmotors FLEXIBILIDADE DE DESIGN e opes de escolha para o consumidor so a chave da estratgia da GM, de empacotamento de sistemas operacionais do carro no chassi semelhante a um skate gigante. Os projetistas de carrocerias tm, agora, liberdade para experimentar diferentes configuraes do compartimento destinado aos passageiros. HY-WIRE LIBERA ESPAO NO INTERIOR DO VECULO transio A cada dia, a tecnologia do hidrognio como combustvel torna-se mais difundida. Pases como Brasil e China do seus primeiros passos na

hidrogênio - combustível do futuro

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